芳香族系高分子/無機ナノ粒子複合膜からなるグラフト型電解質膜の合成と特性評価

Synthesis and evaluation of graft-type polymer electrolyte membranes consisting of aromatic hydrocarbon polymer/inorganic nanoparticle composites

深澤 秀行*; 長谷川 伸; 前川 康成

Fukasawa, Hideyuki*; Hasegawa, Shin; Maekawa, Yasunari

芳香族系高分子であるポリエーテルエーテルケトン(PEEK)からなるグラフト型電解質膜が優れたイオン伝導性や機械特性を示すことをこれまで報告してきた。一方、高分子膜に無機ナノ粒子を複合化することでその物性や機能性が向上することが知られていることから、PEEKにシリカなどの無機ナノ粒子を複合化した膜(PEEK複合膜)を基材とし、グラフト鎖にイオン伝導性基に変換可能なスチレンスルホン酸誘導体(ETSS)を導入した複合化PEEK電解質膜を合成し、そのイオン伝導性や機械特性などに及ぼす無機ナノ粒子の効果を評価した。その結果、シリカナノ粒子を3%添加した複合化電解質膜は、無添加のPEEK膜と比較して、出力低下が顕著となる低加湿条件(80C、相対湿度(RH)30%)で、1.2倍のイオン伝導度と、高い機械特性が要求される高加湿条件(80C, 100%RH)で1.5倍の破断強度を示した。この破断強度の向上はシリカナノ粒子の添加と結晶化度の維持に起因することを明らかにした。

We previously reported the successful preparation of highly conducting and mechanically stable graft-type PEMs based on an aromatic hydrocarbon polymer, poly(ether ether ketone) (PEEK). Since polymer membranes are mechanically reinforced by the hybridization with inorganic particles, we synthesized graft-type hybrid-PEEK PEMs by the radiation-induced graft polymerization of ethyl p-styrenesulfonate onto the hybrid films consisting of PEEK and inorganic nanoparticles such as silica. The hybrid PEEK PEMs with 3% silica nano-particles showed higher tensile strength than the original PEEK PEMs at high temperature and high relative humidity (80C, 100%RH). This is because the filler effect of silica nano-particles and high crystallinity in the PEEK-PEMs are the origin of high tensile strength at humidified conditions.